كيف تعمل شبكة الهاتف المحمول؟

يعد استخدام الهاتف المحمول أمراً سهلاً للغاية بالنسبة لك كمستخدم، فقد تبدأ بتشغيل الهاتف المحمول، ثم تفتح قفل الجهاز، وقد تضطر لإدخال رقم التعريف الخاص ببطاقة السيم SIM، ثم يسجل هاتفك الدخول على شبكة الهاتف المحمول، لتصبح بذلك قادراً على اختيار أي جهة اتصال وإجراء مكالمة معها. ولكن لكي يعمل هاتفك بهذه البساطة هناك الكثير مما يحدث في شبكة الهاتف المحمول. فكيف تعمل شبكة الهاتف المحمول؟

مسار الاتصال عبر الهاتف المحمول

ربما جربت في طفولتك الاتصال بأخيك في الغرفة المقابلة باستخدام زوج من علب الصفيح المرتبط بخيط مشدود، وفعلاً قد سمعت صوته. إن الآلية التي يتم التواصل بها في هذه الطريقة هي تحويل الموجات الصوتية إلى اهتزازات ميكانيكية عبر إحدى علب الصفيح ونقلها بواسطة الخيط المشدود إلى العلبة الأخرى، في الواقع هذه هي الآلية ذاتها التي تعمل بها شبكات الهاتف المحمول الحالية.

اقرأ أيضاً: جهازك لا يتصل بشبكة «الواي فاي»؟ إليك ما يجب فعله أولاً

عوضاً عن الخيط أو السلك لنقل الإشارات، تستخدم شبكات الهواتف المحمولة موجات الراديو لنقل الإشارات التي تحمل الصوت والنص والبيانات الرقمية من جهاز إلى آخر. تنتقل الإشارات اللاسلكية عبر موجات الراديو من جهاز الهاتف محمول إلى أقرب هوائي أساسي وهو جهاز إرسال للهواتف المحمولة في منطقة وجود الهاتف المحمول (البرج الخلوي). بدوره ينقل جهاز الإرسال الإشارة عبر كابل أو ألياف ضوئية إلى مقسم الهاتف (السنترال المركزي) الخاص بمشغل الشبكة والذي يوجّه الإشارة إلى أقرب جهاز إرسال للطرف الآخر.

الألياف الضوئية عبارة عن خيوط رفيعة من الزجاج يمكنها نقل الإشارات بسرعة الضوء، حيث تشكل الألياف الضوئية شبكة واسعة حول العالم، لتوجيه الإشارة أي مكان في العالم.

خلايا شبكة الهاتف المحمول

لكي تتم العملية السابقة، وتتمكن من إجراء اتصالك، عليك أن تكون ضمن نطاق محطات الشبكة الرئيسية، والتي تُعرف بالخلايا، حيث كانت السبب في تسمية الشبكة الخلوية.

تُقسّم شبكة الهاتف المحمول جغرافياً إلى مناطق تدعى بالخلايا، يمكن تصورها على شكل خلية سداسية تتمركز في وسطها محطة مركزية (برج خلوي)، وبحيث تتداخل أطراف الخلايا لضمان بقاء المستخدم ضمن نطاق المحطة، في النهاية لا أحد يرغب بفقدان اتصاله خلال المكالمة أثناء التنقل ما بين الخلايا.

يختلف حجم كل خلية وفقاً للكثافة السكانية فيها، أي يتوقف على عدد المكالمات التي يتم إجراؤها داخل تلك المنطقة. توجد أصغر الخلايا في مجمّعات المدينة حيث التجمعات السكانية مرتفعة الكثافة ويزداد الطلب على الخدمة، بينما تكون خلايا المناطق الريفية أكبر بالحجم، حيث يقل عدد السكان في كل كيلو متر مربع.

اقرأ أيضاً: نصائح لتقوية شبكة الإنترنت داخل المنزل

كيف تعمل الأبراج الخلوية؟

ترتبط المحطات القاعدية (الأبراج الخلوية) ببعضها عبر المقاسم أو السنترالات الموجودة، حيث تستقبل إشارات الراديو اللاسلكي من الهاتف المحمول بواسطة هوائي، ثم تحولها إلى السنترال الذي يتعقب المكالمة ويحولها من برج خلوي إلى آخر خلال تنقل المتصلين بين الخلايا. علاوة على ذلك تتصل كل محطة أساسية بشبكة الهاتف الرئيسية، بحيث يمكن ترحيل مكالمات الهاتف المحمول إلى الهواتف الأرضية.

دور الهاتف المحمول: الراديو ذو الاتجاهين

تتم عملية إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية داخل الشبكة الخلوية عبر الهاتف المحمول، في الواقع يعد الهاتف المحمول راديو ثنائي الاتجاه، لأنه يحتوي على جهاز إرسال منخفض الطاقة لنقل البيانات، وجهاز استقبال لتلقيها.

ولكن في تجربة علب الصفيح انتقلت الإشارة على شكل اهتزازات، لكن اليوم تتحول إلى إشارات رقمية، فكيف ذلك؟ يتم تحويل الإشارات الصوتية عبر جهاز صغير يدعى بمحول الطاقة إلى سلسلة من الأرقام، ثم تتحول بدورها إلى سلسلة من البتات (آحاد وأصفار)، أي إشارات تشغيل/ إيقاف. يمكن تحويل هذه الإشارات إلى أحد أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي وهو موجات الراديو.

يحول جهاز الإرسال في الهاتف المحمول البيانات إلى موجات راديو تنتقل إلى أقرب برج، وفي معظم الأحيان يتم دمج كل من جهاز الإرسال والاستقبال معاً في الهاتف المحمول، أي يمكنه أيضاً التقاط الإشارة الواردة من البرج الخلوي. يبقى الاتصال بين الهاتف المحمول والبرج الخلوي طالما بقي الهاتف في نفس الخلية، ولكن حالما يصبح خارج نطاق البرج، فإنه يخطر الهاتف بضرورة البحث عن برج آخر بإرسال موجات راديو في كل مكان حتى يستقبلها أقرب برج. تحدث هذه العملية بشكل سلس وسريع يكاد لا يلاحظ.

اقرأ أيضاً: كيف تبقي الغرباء خارج شبكة الواي فاي الخاصة بك

أجيال شبكات الهاتف المحمول

منذ أن ظهرت شبكة اتصالات الهواتف المحمولة خضعت للتطور المستمر، مواكبةً لتحسينات التكنولوجيا، بحيث تمّت تسمية كل مرحلة بالجيل:

• الجيل الأول (G1): يمكنه نقل البيانات الصوتية التناظرية فقط، أي لا يمكن إرسال الرسائل النصية، أو الوصول إلى الإنترنت.
• الجيل الثاني (G2): لنقل البيانات الصوتية وغير الصوتية الرقمية، أي مكّن من الوصول إلى الإنترنت، وإرسال الرسائل القصيرة (SMS)، والرسائل متعددة الوسائط (MMS).
• الجيل الثالث (G3): كان التطور الذي تزامن مع استخدام الهواتف الذكية والذي تميز بنطاق ترددي متزايد ومعدلات نقل قادرة على نقل البيانات الرقمية بشكل أفضل وأسرع، حيث تصل سرعة النقل إلى 2 ميغابت في الثانية.
• الجيل الرابع (G4): تتميز بمعدل نقل بيانات يصل إلى 1 غيغابت في الثانية.
• الجيل الخامس (G5): تستخدم هذه الشبكة أحدث التقنيات بحيث تسمح بزيادة عرض النطاق الترددي وسرعة نقل أعلى.